KR102172454B1

KR102172454B1 - 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트

Info

Publication number: KR102172454B1
Application number: KR1020200106054A
Authority: KR
Inventors: 차수현; 박근우; 조상영
Original assignee: 주식회사 와이지-원
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2020-10-30
Also published as: US20220055116A1; US11491549B2

Abstract

본 발명은, 고온에서의 내마모성을 증가시킨 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함한다.

Description

다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트{Multi-layer coated cutting tool material, method of manufacturing the same, and cutting tool insert for mechanical work having the same}

본 발명의 기술적 사상은 절삭공구 소재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트에 관한 것이다.

고온에서 특별한 기계적 특성 및 화학적 특성을 요구하는 용도를 위해 스테인리스 강과 내열합금 등이 개발되어 왔으며, 많은 산업 분야에서 핵심 부품의 제작을 위하여 사용되고 있다. 이에 맞추어 이를 가공하는 절삭 공구도 가공성의 향상을 위해 지속적인 개발이 요구되어 왔다. 최근 산업의 혁신적인 발달과 종래의 스테인리스 강이나 내열합금 등을 뛰어넘는 신소재의 개발로 인해, 합금소재를 종래의 절삭 공구를 이용하여 가공하기 어렵게 되고 있고, 따라서 절삭 공구에 높은 수준의 특성이 요구되고 있다.

기계 가공 속도의 가속화 및 다양한 특성을 포함하는 가공대상 소재의 성질에 의하여, 가공 시 절삭 공구의 절삭날의 온도가 증가되어 마모 또는 열화가 가속화되고, 따라서 절삭 공구 재료가 더 우수한 특성을 가지도록 요구된다. 요구되는 절삭 공구의 특성으로서, 고온에서의 코팅 안정성, 즉 고온에서의 내산화성 및 내마모성이 매우 중요한 요소로 대두되었으며, 종래의 절삭 공구용 재료인 AlTiN의 내산화성과 내마모성으로는 한계가 있다.

알루미늄(Al)과 티타늄(Ti) 함유 질화물인 AlTiN은, 높은 경도에 알루미늄(Al)의 특성이 더해짐으로써, 내산화성과 내마모성을 동시에 확보할 수 있어, 90년대 이후 초경합금 및 다양한 금속 공구류의 피복용 재료로서 널리 사용되어왔다. 그러나, 상술한 바와 같이 가공대상용 재료의 지속적인 개발에 따라서, 항공산업용 재료의 가공이나 고온 가공에 사용하기에 특성이 부족한 한계에 마주하게 되었다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 높은 가공온도에서 경도를 유지하거나, 높은 경도를 가지는 절삭 공구용 재료를 제작하여 공구의 수명을 향상시키고 있다.

이러한 내마모성 강화요구 이외에도 열적 안정성 및 내산화성을 강화하기 위하여, TiN 계 또는 TiAlN계 코팅에 첨가원소를 도입함으로써 기존의 AlTiN 박막의 특성을 강화하고 있으며, 더 나아가 Si, W, Cr, Mo와 같은 원소를 포함하여 삼원계, 사원계와 같은 다원계의 화합물 박막이 개발되고 있다. 또한, 다양한 코팅 구조를 활용하는 방식을 통해서 박막의 특성을 개선하여, 절삭 공구의 수명을 증가시키는 노력을 계속하고 있다.

한국특허출원번호 제10-2011-7028852호

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온에서의 내마모성을 증가시킨 다층 피복 절삭 소재, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트를 제공하는 것인다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 의하면, 고온에서의 내마모성을 증가시킨 다층 피복 절삭 소재 및 이를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층이 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층 각각은 1 nm 내지 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 0.15 μm 내지 20 μm 범위의 총 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 [200] 방향으로 우선 성장하고, X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크의 비율이 3 내지 10 범위일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은 30 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가지고, 입방정 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 모재와 상기 절삭층 사이에 위치하여, 상기 모재와의 결합력을 제공하는, 결합층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 결합층은, (Ti_fSi_1-f)X (여기에서, 0.05< f <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), (Ti_gAl_1-g)X (여기에서, 0.3< g <0.7, 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 결합층은, (Ti_fSi_1-f)X (여기에서, 0.05< f <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), (Ti_gAl_1-g)X (여기에서, 0.3< g <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), 및 이들의 혼합물을 포함하는, 제1 결합층; 및 상기 모재와 상기 제1 결합층의 사이에 위치하고, TiN, TiC, TiCN, TiNO, TiCO, TiCNO, TiAlN, TiAlC, TiAlCN, TiAlNO, TiAlCO, 및 TiAlCNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 제2 결합층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 결합층 및 상기 제2 결합층은, 각각 단일층으로 구성되거나 또는 적어도 두 개의 층이 적층된 복합층으로 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 절삭층 상에 위치한 마모 인식층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 마모 인식층은, (Ti_1-hQ_h)X (여기에서, 0.05< h <0.3, Q은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 이트륨(Y), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법은, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재를 제공하는 단계; 상기 모재 상에 결합층을 형성하는 단계; 상기 결합층 상에 절삭층을 형성하는 단계; 및 상기 절삭층 상에 마모 인식층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 결합층을 형성하는 단계, 상기 절삭층을 형성하는 단계, 및 상기 마모 인식층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하고, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A 내지 200A의 증발 전류를 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 다층 피복 절삭 소재를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트로서, 상기 다층 피복 절삭 소재는, 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 고온에서의 내마모성을 증가시킨 다층 피복 절삭 소재는, 절삭 공구 인서트 상에 반복 적층식 코팅 구조로 (Ti, Si)C,N, (Ti, Al)C,N, (Ti, Al, Si)C,N의 교호층을 제작함으로써, 균열의 전파가 억제되고, 이러한 얇은 두께의 교호층 간의 격자상수의 차이와 탄성계수의 차이, 적층 주기의 제어를 통해 박막은 높은 경도를 획득하게 되어, 개선된 내열성, 크레이터 내마모성, 플랭크 내마모성, 노치 내마모성, 인성 강도 등을 얻을 수 있다. 또한 일부 교호층 각 층의 합금 조성을 추가할 경우, 특히 내열합금과 같이 공구 온도를 높게 만드는 기계 가공 작업 시, 공구 수명을 기존 대비 현저히 개선시킬 수 있다.

다층 피복 절삭 소재를 적용한 절삭 공구는, 습식 조건 하에서, 스테인리스 강 및 내열합금의 선삭 가공에서 유용할 수 있고, 고온을 발생시키는 금속 절삭 분야, 예를 들어, 내열합금 및 경화강의 기계가공 시, 절삭날의 안정성 및 가공성의 향상을 제공할 수 있다.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기계가공용 절삭 공구 인서트를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 X-선 회절패턴을 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 단면을 도시하는 주사전자현미경 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.

본 발명의 기술적 사상은 합금의 열전도율이 낮고 공구와의 반응성이 높아 가공시 고온이 발생되는, 내열합금 등과 같은 난삭재를 가공하기 위한 다층 피복 절삭 소재 및 기계가공용 절삭 공구 인서트를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재(100)를 도시하는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 다층 피복 절삭 소재(100)는, 모재(110), 결합층(120), 절삭층(130), 및 마모 인식층(140)을 포함한다.

모재(110)는 초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함할 수 있다.

절삭층(130)은 모재(110) 상이 위치할 수 있고, 다층으로 구성될 수 있다. 절삭층(130)은 제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 및 제3 절삭층(136)을 포함할 수 있다. 절삭층(130)은, 제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 및 제3 절삭층(136)이 반복하여 적층되는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 제3 절삭층(136), 제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 및 제3 절삭층(136)의 형태로 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가질 수 있다.

제1 절삭층(132)은, 모재(110) 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3 일 수 있다. 상기 M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 M을 구성하는 물질은 예시적이며, 주기율표에서 3족, 4족, 5족 또는 6족의 금속 원소를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제1 절삭층(132)은, 모재(110) 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)CN 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3 일 수 있다. 상기 M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

제2 절삭층(134)은, 제1 절삭층(132) 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< d <0.25 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제2 절삭층(134)은, 제1 절삭층(132) 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)CN 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< d <0.25 일 수 있다.

제3 절삭층(136)은, 제2 절삭층(134) 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< e <0.7 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 제3 절삭층(136)은, 제2 절삭층(134) 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)CN 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.3< e <0.7 일 수 있다.

제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 및 제3 절삭층(136) 각각은, 예를 들어 1 nm 내지 100 nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 1 nm 내지 50 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.

절삭층(130)의 총 두께는, 예를 들어 0.15 μm 내지 20 μm 범위일 수 있고, 예를 들어 0.5 μm 내지 10 μm 범위일 수 있고, 예를 들어 0.5 μm 내지 5 μm 범위일 수 있고, 예를 들어 1 μm 내지 5 μm 범위일 수 있다. 절삭층(130)이 제1 내지 제3 절삭층(132, 134, 146)이 반복되어 형성되는 교호층으로 형성되는 경우에는 절삭층(130)의 총 두께가 0.5 μm 이상으로 요구될 수 있고, 바람직하게는 1.5 μm 내지 3 μm 범위의 총 두께를 가질 수 있다. 이러한 교호층은 절삭층(130)의 내마모성을 더 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.

절삭층(130)이 예를 들어 0.15 μm 미만인 경우에는, 특히 1 μm 미만인 경우에는, 절삭층(130)이 박막으로서의 특성을 발휘하기 어려우며, 일정한 수준의 교호층으로 형성되지 않으면, 물리기상증착으로 형성하면서 발생하는 응력을 가지기 어렵다. 절삭층(130)이 예를 들어 20 μm 초과인 경우에는, 특히 8 μm 초과인 경우에는, 과도한 응력으로 인하여 박막의 자발적인 박리 현상이 발생할 수 있다.

절삭층(130)은, [200] 방향으로 우선 성장할 수 있다. 또한 X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크의 비율이 3 내지 10 범위일 수 있다.

절삭층(130)은, 예를 들어 30 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 절삭층(130)은, 35 GPa 초과의 경도를 가지거나, 38 GPa 초과의 경도를 가질 수 있다.

절삭층(130)은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가질 수 있다. 절삭층(130)은, 입방정 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.

결합층(120)은, 선택적인 구성요소로서, 모재(110)와 절삭층(130) 사이에 위치하여 모재(110)와의 결합력을 제공할 수 있다.

결합층(120)은, 예를 들어 0.3 μm 내지 2 μm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 0.3 μm 내지 1.5 μm 범위의 총 두께를 가질 수 있다. 결합층(120)이 0.3 μm 미만인 경우에는, 결합력 제공이 어려울 수 있다. 결합층(120)이 2 μm 초과인 경우에는, 결합력 증가 효과가 저하될 수 있고, 오히려 결합층(120)의 박리 현상이 발생할 수 있고, 또한 내마모성 향상 효과가 저하될 수 있다.

결합층(120)은 (Ti_fSi_1-f)X, (Ti_gAl_1-g)X 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< f <0.25, 0.3< g <0.7 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 결합층(120)은 (Ti_fSi_1-f)CN, (Ti_gAl_1-g)CN 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< f <0.25, 0.3< g <0.7 일 수 있다.

또는, 결합층(120)은 제1 결합층(122) 및 제2 결합층(124)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에는, 제1 결합층(122)은 (Ti_fSi_1-f)X, (Ti_gAl_1-g)X 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< f <0.25, 0.3< g <0.7 일 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 결합층(122)은 (Ti_fSi_1-f)CN, (Ti_gAl_1-g)CN 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< f <0.25, 0.3< g <0.7 일 수 있다.

제2 결합층(124)은 모재(110)와 제1 결합층(122)의 사이에 위치하고, TiN, TiC, TiCN, TiNO, TiCO, TiCNO, TiAlN, TiAlC, TiAlCN, TiAlNO, TiAlCO, 및 TiAlCNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제1 결합층(122) 및 제2 결합층(124)은 각각 단일층으로 구성되거나 또는 적어도 두 개의 층이 적층된 복합층으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 결합층(122) 및 제2 결합층(124) 각각은 단일층으로 구성될 수 있다.

마모 인식층(140)은, 선택적인 구성요소로서, 절삭층(130) 상에 위치할 수 있고, 절삭층(130)의 마모 정도를 사용자가 용이하게 인식할 수 있게 한다.

마모 인식층(140)은 (Ti_1-hQ_h)X 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< h <0.3 일 수 있다. 상기 Q은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 이트륨(Y), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

예를 들어, 마모 인식층(140)은 (Ti_1-hQ_h)CN 을 포함할 수 있다. 여기에서, 0.05< h <0.3 일 수 있다. 상기 Q은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 이트륨(Y), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

마모 인식을 사용자가 용이하게 인식하기 위하여는, 마모 인식층(140)에서의 티타늄(Ti)의 함량이 적어도 50% 이상인 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 높아야, 마모 인식층(140)과 마모 인식층(140)의 하측에 존재하는 물질, 예를 들어 절삭층(130) 또는 모재(110)와의 색상의 편차가 크게 날 수 있으므로, 마모를 인식하는 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 마모 인식층(140)이 탄질화물을 포함하고, 몰리브덴(Mo)을 포함하는 경우에는, 마모 인식층(140)의 윤활성이 향상되어 내용착성이 개선되고, 피삭재를 가공할 때 칩을 타고 열이 원활하게 전달되어, 절삭 소재와 피삭재 사이의 용착을 방지하여, 절삭 소재의 내마모성을 증가시킬 수 있다.

마모 인식층(140)은 단일층으로 구성되거나 또는 적어도 두 개의 층이 적층된 복합층으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 마모 인식층(140)은 단일층으로 구성될 수 있다.

마모인식층(130)은, 예를 들어 0.3 μm 내지 2 μm 범위의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 0.3 μm 내지 1.5 μm 범위의 총 두께를 가질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재(100a)를 도시하는 단면도이다. 본 실시예에서, 도 1을 참조하여 상술한 실시예와 중복되는 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 2를 참조하면, 다층 피복 절삭 소재(100a)는, 모재(110), 결합층(120), 절삭층(130a, 130b), 및 마모 인식층(140)을 포함한다. 절삭층(130a, 130b)은 상부 절삭층(130a)과 하부 절삭층(130b)을 포함할 수 있다. 즉, 절삭층(130a, 130b)은 제1 상부 절삭층(132a), 제2 상부 절삭층(134a), 및 제3 상부 절삭층(136a)으로 구성된 상부 절삭층(130a)과 제1 하부 절삭층(132b), 제2 하부 절삭층(134b), 및 제3 하부 절삭층(136b)으로 구성된 하부 절삭층(130b)을 포함하여 구성된다.

제1 상부 절삭층(132a)과 제1 하부 절삭층(132b)은 도 1의 제1 절삭층(132)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 제2 상부 절삭층(134a)과 제2 하부 절삭층(134b)은 도 1의 제2 절삭층(134)과 동일한 구성을 가질 수 있다. 제3 상부 절삭층(136a)과 제3 하부 절삭층(136b)은 도 1의 제3 절삭층(136)과 동일한 구성을 가질 수 있다.

즉, 도 2의 다층 피복 절삭 소재(100a)는 제1 절삭층(132), 제2 절삭층(134), 및 제3 절삭층(136)이 반복하여 교호적으로 적층된 절삭층을 가질 수 있다. 또한, 도 2에서는 절삭층(130a, 130b)이 두 층이 적층된 것이 도시되어 있으나, 이는 예시적이며 2층 이상의 복수의 층들이 적층되어 절삭층을 형성하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법(S100)을 도시하는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 다층 피복 절삭 소재의 제조 방법(S100)은, 모재를 제공하는 단계(S110); 상기 모재 상에 결합층을 형성하는 단계(S120); 상기 결합층 상에 절삭층을 형성하는 단계(S130); 및 상기 절삭층 상에 마모 인식층을 형성하는 단계(S140);를 포함한다.

상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)CN (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)CN (여기에서, 0.05< d <0.25)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)CN (여기에서, 0.3< e <0.7)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함할 수 있다.

상기 결합층을 형성하는 단계(S120), 상기 절삭층을 형성하는 단계(S130), 및 상기 마모 인식층을 형성하는 단계(S140) 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하여 수행될 수 있다.

상기 결합층을 형성하는 단계(S120), 상기 절삭층을 형성하는 단계(S130), 및 상기 마모 인식층을 형성하는 단계(S140) 중 적어도 어느 하나는, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A 내지 200A의 증발 전류를 사용하여 수행될 수 있다.

선택적으로, 상기 절삭층 상에 마모 인식층을 형성하는 단계(S140)를 수행한 후에, 필요한 표면 처리를 더 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기계가공용 절삭 공구 인서트(200)를 도시하는 개략도이다.

도 4를 참조하면, 기계가공용 절삭 공구 인서트(200)는, 다층 피복 절삭 소재(100)를 포함한다.

상기 다층 피복 절삭 소재(100)는, 상술한 바와 같이, 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함한다. 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함한다.

예를 들어, 상기 다층 피복 절삭 소재(100)는, 상술한 바와 같이, 모재; 및 상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함한다. 상기 절삭층은, 상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)CN (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층; 상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)CN (여기에서, 0.05< d <0.25)를 포함하는, 제2 절삭층; 및 상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)CN (여기에서, 0.3< e <0.7)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함한다.

실험예

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트 제작

표 1의 조성을 가지는 다층 피복 절삭 소재를 인서트 상에 형성하였다.

표 1은 본 발명의 실시예들과 비교예들의 인서트 상에 형성된 다층 피복 절삭 소재의 조성을 나타낸다.

	절삭층			절삭층 두께 (μm)	결합층		결합층 두께 (μm)
	제1 절삭층	제2 절삭층	제3 절삭층	절삭층 두께 (μm)	제1 결합층	제2 결합층	결합층 두께 (μm)
실시예1	TiAlSiCN (30:60:10)	TiSiCN (85:15)	TiAlCN (33:67)	2	TiAlN (33:67)	TiSiN (85:15)	1
실시예2	TiAlSiCN(30:60:10)	TiSiCN (85:15)	TiAlCN (33:67)	3	TiAlN (33:67)	TiSiN (85:15)	1
실시예3	TiAlSiCN(30:60:10)	TiSiCN (80:20)	TiAlCN (33:67)	2	TiAlN (33:67)	TiSiN (80:20)	1
실시예4	TiAlSiCN(30:60:10)	TiSiCN (80:20)	TiAlCN (33:67)	3	TiAlN (33:67)	TiSiN (80:20)	1
비교예1	TiAlN(50:50)			3
비교예2	TiAlN(33:67)			3
비교예3	TiAlN(60:40)	TiN (100)		3
비교예4	TiAlSiN(30:60:10)			3
비교예5	TiSiN(80:20)			2	TiAlN (50:50)		1
비교예6	TiAlN(50:50)	TiSiN (85:15)		2	TiAlN (50:50)	TiN (100)	1.5

표 1에서, 조성 함량은 비금속성분인 C 및/혹은 N을 제외한 나머지 성분의 총합은 100으로 설정했을 경우의 각 성분의 원자%(at%)를 나타낸다. 예를 들어 실시예1의 TiAlSiCN는 Ti 30 at%, Al 60 at%, 및 Si 10 at%를 포함하는 것을 나타낸다. 탄소(C)와 질소(N)는 표시되지 않음에 유의한다.

상기 모재로서 인서트 상에 물리기상증착법(Physical vapor deposition, PVD)의 하나인 아크 이온 플레이팅법을 이용하여, 결합층, 절삭층, 및 마모 인식층을 포함하는 다층 피복 절삭층을 각각 형성한다.

상기 모재는 초경합금(94 wt% WC + 6wt% Co)이며, 제품번호 제CNMG120408-SM호를 사용하였다. 상기 다층 피복 절삭층들을 형성하기 전에, 상기 모재의 표면의 이물질 제거 및 박막의 부착력 향상을 위하여, 건식 및 습식 블라스팅을 진행하여 표면을 매끄럽게 만든 후에, 상기 표면의 화학적 세정을 수행하여 모재와 층의 부착력을 최대화하였다.

이후, 챔버 내에 상기 모재를 장입하고, 표면을 더 세정하기 위하여 아르곤 가스 분위기에서 이온 충격(Ion bombardment)처리를 진행하였다.

이후, AlTiSi 및 AlTi, TiSi 등으로 이루어진 아크 타겟을 사용하여 아크 이온 플레이팅 방법을 이용하여 다층 피복 절삭층을 형성하였다. 상기 다층 피복 절삭층의 형성에서, 초기 진공 압력은 5.0x10^-2 Pa 이하이었고, 반응가스는 C₂H₂와 N₂를 주입하여 가스 분위기를 형성하고, 증착 온도는 450 ~ 600℃ 범위로 설정하였다. 상기 층을 형성할 때, 주 타겟은 100 ~ 200A의 아크 전류를 적용하며, 상기 모재와의 밀착도를 높이기 위하여 -30 ~ -150V의 DC 방식의 바이어스 전압을 인가하였다. 상기 다층 피복 절삭층에 포함되는 각 층의 평균 두께는 캐소드 아크 전류 및 장비의 회전속도 (0.1 ~ 5 rpm)를 변경하여, 제어할 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층의 전체 두께는 예를 들어 1 μm 내지 5 μm 범위로 형성되었고, 각 층의 두께는 일정 기능을 수행할 수 있는 두께로 형성하였다.

상기 다층 피복 절삭층이 형성된 후에, 표면 처리를 수행하였다. 상기 표면 처리는 습식 및 건식 블라스팅 또는 폴리싱머신을 이용한 방법을 사용할 수 있다. 일부 경우는 여러 방식을 혼합한 방식을 차용하여 표면처리를 진행할 수 있다. 본 실험예에서는 상기 표면 처리로서 습식 블라스팅 처리를 실시하였다. 상기 습식 블라스팅 처리를 실시할 때, 블라스팅 입자의 재질은 10 μm 내지 400 μm 범위의 크기를 가지는 알루미나(Al₂O₃)와 첨가 가능한 연마제를 사용하였다. 또한, 1.0 ~ 4.0 Bar 범위의 압력을 인가하여, 인선 표면의 액적(Droplet) 및 돌출부분을 제거하여 표면처리를 완성하였다.

상기 다층 피복 절삭층의 잔류응력이 높은 경우에는, 인서트의 인선 부분에 엣지 플레이킹(Flaking)의 박리 현상이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 인선부의 상태를 확인할 필요가 있다.

상기 다층 피복 절삭층에 대해서, Panalytical 제조 X선 회절 장치 Empyrean을 이용하여 X-선 회절 측정을 수행하였다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 X-선 회절패턴을 도시하는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 다층 피복 절삭 소재는 모재의 텅스텐 카바이드(WC)에 상응하는 피크가 나타나있다. 또한, (200) 피크와 (111) 피크가 나타나있다. 상기 다층 피복 절삭층의 (200)면의 피크 강도가 가장 높았으며, 따라서 상기 절삭층이 [200] 방향으로 우선 성장함을 알 수 있다. 또한, (200) 피크와 (111) 피크의 비율은 3 이상, 예를 들어 3 내지 10 범위일 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층이 교호 적층형 구조를 가질 수 있고, 상기 다층 피복 절삭층은, 입방정 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함할 수 있다.

또한, 상기 다층 피복 절삭층을 NHT3 Nano-indentor (Anton Paar 사)를 이용하여 경도를 측정하였다. 상기 다층 피복 절삭층은 30 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가질 수 있고, 이에 따라 원하는 수준의 내마모성을 확보할 수 있다. 상기 다층 피복 절삭층은 30 GPa 이상, 바람직하게는 35 GPa 초과의 미소경도를 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다층 피복 절삭 소재의 단면을 도시하는 주사전자현미경 사진이다.

도 6을 참조하면, 모재(110) 상에 적층된 복수의 층들이 형성되어 있고, 예를 들어, 결합층(120), 절삭층(130), 및 마모 인식층(140)이 형성되어 있다. 주사전자현미경 분석을 통하여 층의 성장방향을 확인한 결과, 절삭층(130)은 주상정(columnar) 구조를 가지며, 입방정 상과 육방정 상이 혼합되어 성장한 것을 알 수 있다. 따라서, 절삭층(130)은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가짐을 확인하였다.

다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 수명 측정

1차시험 : 수명측정

상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 1차시험을 수행하여 Inconel718 에서의 수명을 측정하였다.

(1) 형상: CNMG120408-SM

(2) 적용분야: CNC 머시닝, 길이방향 선삭, 일반가공

(3) 작업 피삭재: Inconel718

(4) 절삭 속도: 50 m/min

(5) 이송 속도: 0.15 mm/rev

(6) 절삭 깊이: 1.0 mm

(7) 절삭 유: 수용성 외부 급유

(8) 수명판단기준: 플랭크 마모 (V_b) > 0.3 mm 또는 노치 마모 (V_n) > 0.45 mm

2차시험 : 수명측정

상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 2차시험을 수행하여 Inconel718 에서의 수명을 측정하였다.

(1) 형상: CNMG120408-SM

(2) 적용분야: CNC 머시닝, 길이방향 선삭, 일반가공

(3) 작업 피삭재: Inconel718

(4) 절삭 속도: 70 m/min

(5) 이송 속도: 0.2 mm/rev

(6) 절삭 깊이: 1.5 mm

(7) 절삭 유: 수용성 외부 급유

표 2는 본 발명의 실시예들과 비교예들에 대한 상기 1차시험과 상기 2차시험에서 측정한 수명을 나타낸다.

	1차시험 측정수명 (분)	2차시험 측정수명 (분)
실시예1	15	10
실시예2	24	16
실시예3	12	5
실시예4	14	10.5
비교예1	7	1
비교예2	9	3
비교예3	6	2
비교예4	9	0
비교예5	10	5
비교예6	9	6

표 2를 참조하면, 1차시험과 2차시험 모두에서 비교예들의 수명에 비하여 실시예들의 수명이 더 긴 것을 알 수 있다. 구체적으로, 상기 1차 시험에서는 실시예들은 10분 초과의 수명을 가지는 반면, 비교예는 10분 이하의 수명을 가졌다. 상기 2차 시험에서는 실시예들은 10분 이상의 수명을 가지는 반면, 비교예는 10분 미만, 6분 이하의 수명을 가졌다.

3차시험 : 마모도 측정

상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 3차시험을 수행하여 Inconel718 에서의 마모도를 측정하였다.

(1) 형상: CNMG120408-SR

(2) 적용분야: CNC 머시닝, 길이방향 선삭, 반황삭가공

(3) 작업 피삭재: Inconel718

(4) 절삭 속도: 60m/min

(5) 이송 속도: 0.2mm/rev

(6) 절삭 깊이: 2.0mm

(7) 절삭 유: 수용성 외부 급유

표 3은 본 발명의 실시예들과 비교예들에 대한 상기 3차시험에서 측정한 플랭크 마모(V_b) 및 노치 마모(V_n)를 나타낸다.

6분 절삭 후	플랭크 마모(V_b)	노치 마모(V_n)
실시예2	0.021 mm	0.028 mm
실시예4	0.026 mm	0.035 mm
비교예5	0.045 mm	0.060 mm

표 3을 참조하면, 비교예5에 비하여 실시예2와 실시예4는 플랭크 마모(V_b) 및 노치 마모(V_n)가 작게 나타났다. 특히, 실시예2가 가장 작게 나타났다. 따라서, 비교예5에 비하여 실시예2 및 실시예4의 수명이 길 것으로 예측할 수 있다.

4차시험 : 수명 측정

상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 4차시험을 수행하여 SUS630 에서의 수명을 측정하였다.

(1) 형상: CNMG120408-SM

(2) 적용분야: CNC 머시닝, 길이방향 선삭, 일반가공

(3) 작업 피삭재: SUS630

(4) 절삭 속도: 170 m/min

(5) 이송 속도: 0.2 mm/rev

(6) 절삭 깊이: 2.0 mm

(7) 절삭 유: 수용성 외부 급유

5차시험 : 수명 측정

상술한 다층 피복 절삭 소재가 피복된 인서트의 실시예들과 비교예들을 하기의 조건에서 시험하여 4차시험을 수행하여 SUS304 에서의 수명을 측정하였다.

(1) 형상: CNMG120408-SM

(2) 적용분야: CNC 머시닝, 길이방향 선삭, 일반가공

(3) 작업 피삭재: SUS304

(4) 절삭 속도: 230 m/min

(5) 이송 속도: 0.2 mm/rev

(6) 절삭 깊이: 2.0 mm

(7) 절삭 유: 수용성 외부 급유

(8) 수명판단기준: 플랭크 마모 (V_b) > 0.3 mm 또는 노치 마모 (V_n)> 0.45 mm

참고로, 수명 종료는 플랭크 마모가 0.3mm 이상인 경우에는, 종료하였다.

표 4는 본 발명의 실시예들과 비교예들에 대한 상기 4차시험 및 5차시험에서 측정한 공구 수명을 나타낸다.

	4차시험(SUS630)	5차시험(SUS304)
	수명 (절삭가능시간)	수명 (절삭가능시간)
실시예2	24 분	20 분
실시예4	21 분	15 분
비교예5	18 분	12 분

표 4를 참조하면, 비교예5에 비하여 실시예2와 실시예4는 수명(절삭가능시간)이 길게 나타났다.이와 같이, 1차 내지 5차 시험 결과를 검토하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들은 내열합금과 같은 난삭재 가공에서 내마모성 및 내열성이 향상되어 수명이 증가되었음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims

초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및
상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고,
상기 절삭층은,
상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층;
상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및
상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층은, 상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층이 반복하여 적층된 복수의 층으로 형성된 구조를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 절삭층, 상기 제2 절삭층, 및 상기 제3 절삭층 각각은 1 nm 내지 100 nm 범위의 두께를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층은 0.15 μm 내지 20 μm 범위의 총 두께를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층은 [200] 방향으로 우선 성장하고, X-선 회절분석에서의 (200) 피크와 (111) 피크의 비율이 3 내지 10 범위인,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층은 30 GPa 내지 50 GPa 범위의 경도를 가지는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층은, 주상정 및 다결정질 교호 적층형 구조를 가지고, 입방정 및 육방정 상들의 상 혼합물을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
제 1 항에 있어서,
상기 모재와 상기 절삭층 사이에 위치하여, 상기 모재와의 결합력을 제공하는, 결합층을 더 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
제 8 항에 있어서,
상기 결합층은, (Ti_fSi_1-f)X (여기에서, 0.05< f <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), (Ti_gAl_1-g)X (여기에서, 0.3< g <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), 및 이들의 혼합물을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
제 8 항에 있어서,
상기 결합층은, (Ti_fSi_1-f)X (여기에서, 0.05< f <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), (Ti_gAl_1-g)X (여기에서, 0.3< g <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함), 및 이들의 혼합물을 포함하는, 제1 결합층; 및
상기 모재와 상기 제1 결합층의 사이에 위치하고, TiN, TiC, TiCN, TiNO, TiCO, TiCNO, TiAlN, TiAlC, TiAlCN, TiAlNO, TiAlCO, 및 TiAlCNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는, 제2 결합층;을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 절삭층 상에 위치한 마모 인식층을 더 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
제 12 항에 있어서,
상기 마모 인식층은, (Ti_1-hQ_h)X (여기에서, 0.05< h <0.3, Q은 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 이트륨(Y), 및 지르코늄(Zr)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재.
초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재를 제공하는 단계;
상기 모재 상에 결합층을 형성하는 단계;
상기 결합층 상에 절삭층을 형성하는 단계; 및
상기 절삭층 상에 마모 인식층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 절삭층은,
상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층;
상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및
상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함하는,
다층 피복 절삭 소재의 제조 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 결합층을 형성하는 단계, 상기 절삭층을 형성하는 단계, 및 상기 마모 인식층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 물리기상증착법을 이용하거나, 음극아크증착법을 이용하여 수행되고,
상기 결합층을 형성하는 단계, 상기 절삭층을 형성하는 단계, 및 상기 마모 인식층을 형성하는 단계 중 적어도 어느 하나는, 아르곤과 질소 분위기에서, 0.5 Pa 내지 6.0 Pa의 기체 압력, -10V 내지 -300V의 바이어스, 350℃ 내지 700℃ 온도, 및 50A ~ 200A의 증발 전류를 사용하여 수행되는,
다층 피복 절삭 소재의 제조 방법.
다층 피복 절삭 소재를 포함하는 기계가공용 절삭 공구 인서트로서,
상기 다층 피복 절삭 소재는,
초경 합금, 서멧, 세라믹, 입방정 질화붕소계 재료 또는 고속도강의 경질 합금체를 포함하는 모재; 및
상기 모재 상에 위치하고, 다층으로 구성된 절삭층;을 포함하고,
상기 절삭층은,
상기 모재 상에 위치하고, (Ti_1-a-bAl_aM_b)X (여기에서, 0.3< a <0.7, 0 < b < 0.3, M은 실리콘(Si), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하고, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제1 절삭층;
상기 제1 절삭층 상에 위치하고, (Ti_dSi_1-d)X (여기에서, 0.05< d <0.25, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)를 포함하는, 제2 절삭층; 및
상기 제2 절삭층 상에 위치하고, (Ti_eAl_1-e)X (여기에서, 0.3< e <0.7, X는 N, C, CN, NO, CO, 및 CNO로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함함)을 포함하는, 제3 절삭층;을 포함하는,
기계가공용 절삭 공구 인서트.